夏宏泉,么勃衛(wèi),畢剛

(1.西南石油大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室,四川 成都 610500;2.西安石油大學石油工程學院,陜西 西安 710065)

0 引 言

多年來研究人員提出了一系列確定孔隙壓力的計算方法,但到目前為止,準確計算致密氣藏異?？紫秹毫Φ膯栴}仍未完全解決。中國含油氣盆地普遍存在異常高壓現(xiàn)象,如塔里木盆地、準格爾盆地、渤海灣盆地和鶯瓊盆地等都曾鉆遇異常高壓帶(壓力系數(shù)>1.5),如何提高異常孔隙壓力的測井計算精度仍是亟待解決的問題[1-12]。

塔里木盆地克深地區(qū)白堊系致密砂巖氣藏存在強烈的構(gòu)造封閉作用,目的層段顯現(xiàn)特異常高壓(壓力系數(shù)高達2.21),傳統(tǒng)的基于聲波時差測井曲線的等效深度法和伊頓法等已不能準確計算該區(qū)地層孔隙壓力,嚴重地影響了地應力、地層坍塌壓力和破裂壓力等參數(shù)的計算精度。該盆地山前構(gòu)造帶急需開展利用聲波時差測井曲線計算地層異常高壓的優(yōu)選方法研究。本文討論了ED法、ET法、FP法和BS法計算地層孔隙壓力的適用性,認為基于有效應力卸載機理的BS法更適合于計算當聲波時差曲線變化不明顯時的異常高地層壓力。

1 基于正常壓實趨勢線計算異常高孔隙壓力

等效深度法(ED法)和伊頓法(ET法)計算孔隙壓力必須建立地層正常壓實趨勢線[10],其孔隙壓力計算公式分別為式(1)和式(2)

pp=Go×DTV+(Gn-Go)He

(1)

式中,pp為孔隙壓力,MPa;DTV為實際垂深,m;Go為上覆壓力梯度MPa/m;Gn為正常壓力梯度,MPa/m;He為等效深度,m。

pp=po-(po-pw)(Δtn/Δt)c

(2)

式中,po為上覆巖層壓力,MPa;pw為地層靜液壓力,MPa;Δt為實測聲波時差值,μs/ft*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同;Δtn為將實際深度代入式(3)得到的正常壓實趨勢線上的聲波時差值,μs/ft;c為壓實指數(shù),常取0.914。

圖1為克深地區(qū)泥巖層正常壓實的聲波時差隨埋深變化的趨勢線圖,N=3 951,R=0.931 5,方程為

ln Δt=4.5346-0.000093He

(3)

ED法認為,在不同深度但具有相同的巖石物理性質(zhì)的泥頁巖的骨架所受到的有效應力相等,沒有考慮泥頁巖的巖性、地層溫度等影響因素?？松畹貐^(qū)致密砂巖氣層壓力系數(shù)>1.65,異常壓力點與等效深度點相距較遠,用該法計算的孔隙壓力和實測壓力相差較大,適用性差。ET法也是基于欠壓實作用形成高壓機制,而克深地區(qū)目的層段是在強烈的構(gòu)造擠壓作用下形成異常高壓,不屬于欠壓實機制。

另外,研究發(fā)現(xiàn),在使用ED法和ET法計算工區(qū)致密砂巖氣層的異常高孔隙壓力時,計算的pp曲線縱向起伏變化較大,且需要通過反復試算與調(diào)整,人為地附加一個大的壓力梯度校正值(例如0.65),才能保證計算結(jié)果與實測的壓力值基本接近。這2種方法在此僅具有參考價值。

圖1 泥巖層正常壓實的Δt趨勢線圖

2 菲利浦法計算異常高孔隙壓力

Fillippone法(FP法)不需要建立聲波時差測井曲線的正常壓實趨勢線,僅需要層速度和一個經(jīng)驗常數(shù)[13],就可以計算淺層到深層的各層速度所對應的地層孔隙壓力值,計算公式為

(4)

式中,vmax、vmin為介質(zhì)孔隙度接近于零時的地層聲速,前者近似巖石基質(zhì)聲速,后者近似于孔隙流體聲速,m/s;vint為地層聲速,由隨鉆地震資料提供,m/s;C0為經(jīng)驗參數(shù)。

FP法計算結(jié)果表明,采用調(diào)大或調(diào)小C0容易導致整個地層計算的壓力剖面發(fā)生較大幅度變化,不符合實際地層壓力縱向變化特征,而且也需要對pp計算值作附加校正,校正量為DTV×ΔCpg。

利用實測壓力反算FP法的公式參數(shù),得出C0=1.25、ΔCpg=0.65。同時發(fā)現(xiàn)該法計算的孔隙壓力曲線縱向上起伏大、不穩(wěn)定,與實際地層孔隙壓力縱向變化特征不符,不適用于克深井區(qū)白堊系地層的異常高孔隙壓力計算。

3 博沃斯法計算異常高孔隙壓力

Bowers法(BS法)用聲波速度和3個經(jīng)驗參數(shù)首先確定垂直有效應力,再由上覆巖層壓力(po)減去垂直有效應力從而求得孔隙壓力(pp)[14-16],可以用來計算欠壓實或其他機理引起的孔隙壓力異常增高。它不需要建立正常壓實趨勢線,不用人為添加孔隙壓力附加校正系數(shù),只需要確定適用于井區(qū)地層的Bowers公式中的3個參數(shù)。在異常高壓情況下,沉積物的垂直有效應力將低于過去某些時候的值,并處于所謂的“卸載”狀態(tài)。此時需要知道沉積層歷史最大有效應力值σmax,并需要建立沉積層的“卸載unload”速度與有效應力狀態(tài),這可由卸載參數(shù)U指定。U值由經(jīng)驗確定;σmax由正常壓實反映和用戶指定值vmax計算得到;vmax為卸載發(fā)生層的最大地層聲速;dmaxv為最大地層聲速對應的深度,對應于卸載發(fā)生時的深度;DTV為垂深。

當dmaxv>DTV時,沒有發(fā)生卸載,則正?？紫秹毫?/p>

(5)

當dmaxv≤DTV時,發(fā)生卸載,則異常孔隙壓力為

(6)

(7)

式中,σmax為沉積層歷史時期最大有效應力值,MPa;Δtmin為與最大層速度vmax對應的聲波時差,μs/ft;Δtmax為與最小層速度vmin對應的聲波時差,μs/ft;A、B、U為經(jīng)驗參數(shù);其他參數(shù)意義同前。

根據(jù)實測點pP值由程序反算各個參數(shù)的合理取值,采用Bowers法計算各井孔隙壓力并與實測孔隙壓力對比,調(diào)整參數(shù)值,直到輸出的孔隙壓力計算曲線誤差在工程允許范圍內(nèi)。

分析Bowers法計算的孔隙壓力曲線變化趨勢,總結(jié)A、B、U參數(shù)的變化對計算的孔隙壓力結(jié)果影響,研究發(fā)現(xiàn):

式(7)的底數(shù)分母部分是小于0的數(shù)值,所以A值取負保證計算的歷史最大應力為正值。A在式(6)中分母位置,對孔隙壓力計算結(jié)果影響較為溫和,當其他參數(shù)不變時,A的絕對值增大,則計算的孔隙壓力增大。

B在式(7)中的指數(shù)位置,如果B取負計算σmax,則A的絕對值非常大,而B取正值可以避免出現(xiàn)這種情況。B在式(6)中的指數(shù)位置,B絕對值的變化顯著影響計算的孔隙壓力值,當其他參數(shù)不變時,孔隙壓力計算值隨著B的絕對值變大而變大。

U取正值時不滿足聲波時差增大與孔隙壓力增大的規(guī)律,所以U取負值。U=1時,式(6)變?yōu)槭?5),即沒有發(fā)生卸載,孔隙壓力正常。U在式(6)中的指數(shù)位置,其大小的變化也能顯著影響孔隙壓力值的大小,U的絕對值變大則孔隙壓力計算值變小。而且U的絕對值變小,pP曲線變得較為平滑,這為實際利用聲波時差和密度測井曲線計算孔隙壓力時3個參數(shù)的快速有效確定指明了方向。

經(jīng)過大量實例分析驗證,對參數(shù)進行調(diào)整驗證,得出了適用于克深地區(qū)的異常高壓計算BS法中3個經(jīng)驗參數(shù)(A=-0.8、B=2.7、U=-1.4),有普遍的推廣性。

4 實例分析應用

塔里木盆地克深井區(qū)存在強烈構(gòu)造封閉作用,其白堊系砂巖氣藏具有埋藏深、致密、微裂縫發(fā)育和壓力特高等特點。TS504井是該氣田的一口高產(chǎn)氣井,顯現(xiàn)突出的特異常高壓,在6 728～6 778 m井段實測地層壓力為117～122.5 MPa,實測點壓力與預測壓力對比見表1。

表1 TS504井實測壓力與預測壓力對比

利用上述方法編程計算了TS504井的地層孔隙壓力剖面(見圖2),圖2中紅色標記點為實測孔隙壓力點。利用ED法和FP法計算TS504井的孔隙壓力曲線在6 730～6 759 m井段有大幅度變化,尤其在6 759～6 769 m井段呈跳躍式變化,不符合實際地層壓力變化特征,即ED法和FP法不適合于克深地區(qū)異常高孔隙壓力計算。采用ET法計算的孔隙壓力曲線,在6 730～6 752 m井段存在小幅度波動現(xiàn)象,在6 752～6 769 m井段變化較為穩(wěn)定,與實測值有一定的吻合,但曲線整體反映實際地層壓力變化特征不夠準確,且人為修正與調(diào)整孔隙壓力曲線數(shù)值的壓力梯度參數(shù)ΔCpg太大,只能作為孔隙壓力計算參考。而BS法計算的孔隙壓力曲線整體變化平緩,在6 728～6 778 m井段孔隙壓力計算值為117.78～122.65 MPa,與實測壓力一致性好,精度高。

圖2 ED法、ET法、FP法、BS法計算TS504井孔隙壓力曲線對比圖

5 結(jié) 論

(1) 塔里木盆地致密砂巖氣藏的異常高壓不是地層欠壓實作用形成的,而是強烈的構(gòu)造封閉擠壓作用形成的,其在Δt曲線上的響應變化特征不明顯。

(2) ET法和ED法都需要準確建立研究區(qū)的聲波時差正常壓實變化趨勢線,且考慮因素單一,計算的孔隙壓力曲線跳躍變化明顯,遠低于實測地層異常高孔隙壓力pp值。當聲波時差曲線變化不大和無異常增大趨勢時,都需要人為引入一個較大的壓力梯度修正值才能計算異常高的地層孔隙壓力,這2種方法都不適合計算深層致密砂巖氣的異常高孔隙壓力。

(3) FP法和BS法不需要建立正常壓實趨勢線,由實測壓力數(shù)據(jù)點反算即可得孔隙壓力計算所需要的關鍵參數(shù)。但FP法必須引入一個較大的壓力梯度修正值才能使計算的pp某些值較符合實際地層異常高孔隙壓力,計算的孔隙壓力數(shù)值不可靠。而BS法可對非欠壓實機理形成的異常高孔隙壓力進行有效的測井計算,算法穩(wěn)定,結(jié)果可靠,且不需要作附加的壓力校正。